Inertia-induced accumulation of flotsam in the subtropical gyres

Recent surveys of marine plastic debris density have revealed high levels in the center of the subtropical gyres. Earlier studies have argued that the formation of great garbage patches is due to Ekman convergence in such regions. In this work we report a tendency so far overlooked of drogued and undrogued drifters to accumulate distinctly over the subtropical gyres, with undrogued drifters accumulating in the same areas where plastic debris accumulate. We show that the observed accumulation is too fast for Ekman convergence to explain it. We demonstrate that the accumulation is controlled by finite-size and buoyancy (i.e., inertial) effects on undrogued drifter motion subjected to ocean current and wind drags. We infer that the motion of flotsam in general is constrained by similar effects. This is done by using a newly proposed Maxey--Riley equation which models the submerged (surfaced) drifter portion as a sphere of the fractional volume that is submerged (surfaced).Comment: Submitted to Geophys. Res. Letter

Extracting quasi-steady Lagrangian transport patterns from the ocean circulation: An application to the Gulf of Mexico

We construct a climatology of Lagrangian coherent structures (LCSs), the concealed skeleton that shapes transport, with a twelve-year-long data-assimilative simulation of the sea-surface circulation in the Gulf of Mexico (GoM). Computed as time-mean Cauchy-Green strain tensorlines of the climatological velocity, the climatological LCSs (cLCSs) unveil recurrent Lagrangian circulation patterns. cLCSs strongly constrain the ensemble-mean Lagrangian circulation of the instantaneous model velocity, thus we show that a climatological velocity may preserve meaningful transport information. Also, the climatological transport patterns we report agree well with GoM kinematics and dynamics, as described in several previous observational and numerical studies. For example, cLCSs identify regions of persistent isolation, and suggest that coastal regions previously identified as high-risk for pollution impact, are regions of maximal attraction. Also, we show examples where cLCSs are remarkably similar to transport patterns observed during the Deepwater Horizon and Ixtoc oil spills, and during the Grand LAgrangian Deployment (GLAD) experiment. Thus, it is shown that cLCSs are an efficient way of synthesizing vast amounts of Lagrangian information. The cLCS method confirms previous GoM studies, and contributes to our understanding by revealing the persistent nature of the dynamics and kinematics treated therein.Comment: To be submitte

Deep ocean influence on upper ocean baroclinic instability saturation

In this paper we extend earlier results regarding the effects of the lower layer of the ocean (below the thermocline) on the baroclinic instability within the upper layer (above the thermocline). We confront quasigeostrophic baroclinic instability properties of a 2.5-layer model with those of a 3-layer model with a very thick deep layer, which has been shown to predict spectral instability for basic state parameters for which the 2.5-layer model predicts nonlinear stability. We compute and compare maximum normal-mode perturbation growth rates, as well as rigorous upper bounds on the nonlinear growth of perturbations to unstable basic states, paying particular attention to the region of basic state parameters where the stability properties of the 2.5- and 3-layer model differ substantially. We found that normal-mode perturbation growth rates in the 3-layer model tend to maximize in this region. We also found that the size of state space available for eddy-amplitude growth tends to minimize in this same region. Moreover, we found that for a large spread of parameter values in this region the latter size reduces to only a small fraction of the total enstrophy of the system, thereby allowing us to make assessments of the significance of the instabilities.Comment: To appear \emph{in} O. U. Velasco-Fuentes et al. (eds.), \textit{Nonlinear Processes in Geophysical Fluid Dynamics}, Kluwer Academi

Coherent water transport across the South Atlantic

The role of mesoscale eddies in transporting Agulhas leakage is investigated using a recent technique from nonlinear dynamical systems theory applied on geostrophic currents inferred from the over two-decade-long satellite altimetry record. Eddies are found to acquire material coherence away from the Agulhas retroflection, near the Walvis Ridge in the South Atlantic. Yearly, 1 to 4 coherent material eddies are detected with diameters ranging from 40 to 280 km. A total of 23 eddy cores of about 50 km in diameter and with at least 30\pct of their contents traceable into the Indian Ocean were found to travel across the subtropical gyre with minor filamentation. Only 1 eddy core was found to pour its contents on the North Brazil Current. While ability of eddies to carry Agulhas leakage northwestward across the South Atlantic is supported by our analysis, this is more restricted than suggested by earlier ring transport assessments.Comment: In pres

Caracterización geoquímica de aguas termales asociado al sistema geotermal Paucarani, Palca – Tacna

Publicación a texto completo no autorizada por el autorRealiza la caracterización de las aguas termales asociadas al sistema geotermal Paucarani, ubicada en el sur del Perú, al noreste de la región Tacna, en este sentido se considera el estudio de los fluidos geotermales del área y su potencial aprovechamiento de la energía geotermal. Esta investigación consta de diferentes etapas que inicia con la recopilación bibliográfica, preparación de mapas cartográficos, procesamiento y análisis de datos geológicos, geoquímicos y geofísicos, que finalmente nos permitirán plasmar la información en un modelo conceptual integrado. Se realizó la identificación de las unidades geológicas, que consiste principalmente de lavas andesíticas del Grupo Barroso, conglomerados de la Formación Capillune, tobas de la Formación Sencca y las unidades volcánico sedimentarias del Grupo Maure. Además se realizaron 20 estaciones estructurales con la finalidad de conocer el control estructural de la zona de estudio. Se reconocieron múltiples manifestaciones geotermales tales como; pozas de lodo ácido, fumarolas y manantiales calientes Se recolectaron 17 muestras de manifestaciones termales y 45 de aguas frías para ser analizados en el laboratorio y su posterior interpretación en gabinete. En cada punto de muestreo se tomaron datos de parámetros fisicoquímicos. El área de estudio presenta evidencias geológicas de actividad magmática reciente, como es el caso del domo lava de Paucarani. El control estructural está definido por fallas de dirección noroeste – sureste, estructuras de colapso e intenso fracturamiento superficial. Las fuentes termales con temperaturas superficiales hasta 81°C, cuyas familias hidrogeoquímicas son cloruradas sódicas en la quebrada Curimani, sulfatadas en la quebrada Huancune y bicarbonatadas en la quebrada Achuco, sugiriendo un proceso de mezcla confirmado por los diferentes diagramas utilizados, la correlación de elementos conservativos y análisis isótopos. La aplicación de las ecuaciones de geotermómetros de sílice nos ha permitido estimar una temperatura de reservorio igual a 186°C, correspondiente a un sistema geotermal de alta entalpía. Con esto se concluye, desde el punto de vista geoquímico, la zona de Paucarani es promisoria para prospección geotérmica.Tesi

Herbolaria y pintura mural: plantas medicinales en los murales del convento del Divino Salvador de Malinalco, Estado de México

En la época prehispánica Malinalco fue un centro ceremonial importante, probablemente de control ideológico y económico. Para reforzar el proceso de evangelización después de la conquista, se fundó en 1540 el convento agustino de San Cristóbal ahora conocido como del Divino Salvador. Poco después de su edifi cación, sus paredes y bóvedas fueron decoradas por artistas nativos con pasajes bíblicos, exuberantes plantas y diferentes especies de animales. Los análisis que se han realizado de estos murales indican que todos los elementos naturales ilustrados en ellos tenían un signifi cado específi co para la antigua cultura mexicana. Con la intención de conocer las especies de plantas representadas en los frescos, los usos medicinales que tenían en la época en la que fueron pintados y la posible continuidad de su uso hasta la actualidad, se realizaron comparaciones de las plantas de los frescos con la fl ora actual y con las plantas ilustradas en diferentes códices. Se revisaron sus usos prehispánicos y actuales, así como su distribución. Se reconocieron 31 especies diferentes de plantas medicinales en los frescos. Estas plantas pertenecen a 25 familias, 21 plantas se determinaron a nivel específi co y 10 se reportan como especies afi nes. El 90.4% de las plantas identifi cadas en los murales tienen una distribución natural en el continente americano, de éstas, el 42% son exclusivas de México. De las plantas identificadas, el 90% se registran útiles en la época prehispánica y sólo el 77.4% se usan actualmente, lo cual puede indicar una pérdida del uso de algunas plantas, entre ellas las que también eran utilizadas en la época prehispánica como mágico-religiosas. Sin embargo, se observa un enriquecimiento de la cultura de uso de las plantas con la incorporación de especies introducidas con la conquista como la uva (Vitis vinifera) y la rosa (Rosa aff. canina) y por el uso de una planta para el tratamiento de uno o varios padecimientos o el empleo de varias plantas para un mismo padecimiento. Las categorías de uso más frecuente tanto en la época prehispánica como en la actual, son las relacionadas con enfermedades gastrointestinales, dermatológicas y con síntomas y estados morbosos mal defi nidos

Enduring Lagrangian coherence of a Loop Current ring assessed using independent observations

Ocean flows are routinely inferred from low-resolution satellite altimetry measurements of sea surface height assuming a geostrophic balance. Recent nonlinear dynamical systems techniques have revealed that surface currents derived from altimetry can support mesoscale eddies with material boundaries that do not filament for many months, thereby representing effective transport mechanisms. However, the long-range Lagrangian coherence assessed for mesoscale eddy boundaries detected from altimetry is constrained by the impossibility of current altimeters to resolve ageostrophic submesoscale motions. These may act to prevent Lagrangian coherence from manifesting in the rigorous form described by the nonlinear dynamical systems theories. Here we use a combination of satellite ocean color and surface drifter trajectory data, rarely available simultaneously over an extended period of time, to provide observational evidence for the enduring Lagrangian coherence of a Loop Current ring detected from altimetry. We also seek indications of this behavior in the flow produced by a data-assimilative system which demonstrated ability to reproduce observed relative dispersion statistics down into the marginally submesoscale range. However, the simulated flow, total surface and subsurface or subsampled emulating altimetry, is not found to support the long-lasting Lagrangian coherence that characterizes the observed ring. This highlights the importance of the Lagrangian metrics produced by the nonlinear dynamical systems tools employed here in assessing model performance.Comment: In press in nature.com/Scientific Report